行星際空間的風(fēng)暴

行星際空間的風(fēng)暴第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三太陽各種擾動(dòng)的傳播時(shí)程與影響(1)(1)8分鐘後Radio,X-rays

由太陽閃焰所發(fā)出的X光和紫外線抵達(dá)地球。這兩種光在正常的情況下與電離層的形成有關(guān)，然而現(xiàn)在這些光的強(qiáng)度卻明顯增加。在整個(gè)向日側(cè)半球電離層的密度增加，特別是在低高度的D、E層範(fàn)圍。這樣的現(xiàn)象被稱為瞬間電離層擾動(dòng)(SID)，通常持續(xù)10到60分鐘。當(dāng)?shù)透叨鹊碾婋x產(chǎn)生時(shí)，會(huì)提高短波無線電訊號(hào)的吸收，我們稱這種訊號(hào)的消失為短波漸減。太陽輻射的增加，也會(huì)造成中性大氣的增溫、膨脹、增加大氣阻力，使衛(wèi)星的動(dòng)向產(chǎn)生不可測(cè)的改變。

第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三(2)數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)後Solarparticles太陽質(zhì)子被太陽閃陷爆炸所釋放的能量加速至相當(dāng)高的速率。這些粒子會(huì)先行離開日冕，沿著太陽延伸出來的磁力線(行星際磁場(chǎng)，IMF)而無法以直線的路徑抵達(dá)地球。這些磁力線與草地上灑水系統(tǒng)的螺旋結(jié)構(gòu)相似(稱為ParkerSpiral)。因此高速太陽風(fēng)粒子的強(qiáng)度及

抵達(dá)地球的時(shí)間隨其位置不同而改變。第一種情況，太陽中心的閃焰在正視地球的路徑上。第二種情況，在太陽邊緣的太陽閃焰沿著磁力線直接連接地球。第二種情況的太陽閃焰粒子比由太陽中心部份產(chǎn)生的粒子更早抵達(dá)地球，數(shù)量也更多(通量幾乎多了十倍)?太陽各種擾動(dòng)的傳播時(shí)程與影響(2)第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三(3)數(shù)小時(shí)到數(shù)日後solarwinddisturbances太陽風(fēng)擾動(dòng)在太陽強(qiáng)烈事件發(fā)生數(shù)小時(shí)到數(shù)日後才抵達(dá)地球。地球上最強(qiáng)的太空天氣擾動(dòng)主要是由日冕物質(zhì)噴射和日冕洞噴出的快速太陽風(fēng)所產(chǎn)生。日冕洞是週期性太陽活動(dòng)的主要來源。而日冕物質(zhì)噴射會(huì)將數(shù)十億噸的太陽物質(zhì)噴到行星際空間，當(dāng)這些物質(zhì)推擠前面慢速移動(dòng)的太陽風(fēng)時(shí)會(huì)在前緣產(chǎn)生震波，震波結(jié)構(gòu)會(huì)加速大量的粒子並趕在日冕物質(zhì)噴射之前衝擊地球。普遍認(rèn)為，到達(dá)地球大部份的太陽高能粒子是由這些震波產(chǎn)生的，而不是由太陽閃焰產(chǎn)生。事實(shí)上在有日冕儀之前日冕物質(zhì)噴射是很難被偵測(cè)的。許多朝地球的日冕物質(zhì)噴射並沒有直接影響地球，都只是擦身而過。

太陽各種擾動(dòng)的傳播時(shí)程與影響(3)第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三(4)27天後

recurrentactivity在太陽X光圖像中可輕易的以深色的區(qū)域辨別出日冕洞的位置。日冕洞其內(nèi)部的磁力線會(huì)向外延伸到行星際空間，這些磁力線讓太陽風(fēng)電漿能夠自由的流向行星際空間。其周圍的磁力線，則像拱門以兩個(gè)足點(diǎn)連接到太陽表面，向外流動(dòng)電漿會(huì)被困在這個(gè)封閉的磁力線範(fàn)圍內(nèi)。太陽極區(qū)的日冕洞幾乎一直存在著。然而，和極區(qū)日冕洞有關(guān)的快速流未曾抵達(dá)地球。在某些期間，當(dāng)日冕洞在太陽較低緯處形成時(shí)，就會(huì)像花園裡強(qiáng)大的噴水器般向地球噴發(fā)高速電漿流，日冕洞隨著太陽自轉(zhuǎn)會(huì)造成27天後再發(fā)生的磁暴。這些重複發(fā)生的磁暴比日冕物質(zhì)噴射所產(chǎn)生的磁暴微弱，並僅在太陽活動(dòng)高峰期那幾年頻繁地出現(xiàn)。太陽各種擾動(dòng)的傳播時(shí)程與影響(4)第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三(由太陽射入行星際空間的各種擾動(dòng)及其到達(dá)地球的相對(duì)時(shí)程)

第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三行星際空間傳播的各種形式風(fēng)暴行星際磁雲(yún)(InterplanetaryMagneticCloud)行星際震波(InterplanetaryShockWave)無線電波爆(RadioBurst)X射線爆(X-rayBurst)太陽高能粒子(EnergeticSolarparticles)日冕洞高速流(CoronalHoleHighSpeedPlasmaFlow)第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三行星際磁雲(yún)(InterplanetaryMagneticCloud)一般認(rèn)為行星際磁雲(yún)是日冕物質(zhì)噴射發(fā)生時(shí)所噴出的大量高溫電漿（即電漿團(tuán)）後，傳播到行星際空間所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。在內(nèi)部磁場(chǎng)張力與外界電漿壓縮力平衡的假設(shè)下，Burlagaetal.(1996)曾使用磁管束的磁雲(yún)模型成功地應(yīng)用於1995年10月WIND衛(wèi)星的觀測(cè)事件，並從單一穿過磁雲(yún)軌跡的觀測(cè)資料中獲得磁雲(yún)的大小與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向。模型與相關(guān)資料分析均證實(shí)磁雲(yún)其主要磁場(chǎng)的特性宛如從太陽分離出來的巨大磁層，在黃道面上伸展並有自己的“船首震波”(bowshock)。磁雲(yún)的前後邊界與被推出震波面的分析顯示，與估計(jì)的磁雲(yún)軸心幾何形狀有密切相關(guān)。地球磁層的磁暴發(fā)生主要導(dǎo)因於磁雲(yún)前半部之南向強(qiáng)磁場(chǎng)的通過。第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三(行星際磁雲(yún)的示意圖，F(xiàn)igurefromChenetal.[1995].

)第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三利用磁管束模式的磁雲(yún)行經(jīng)地球時(shí)，行星際磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的特性圖第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三1988年1月13-14由IMP8衛(wèi)星所觀測(cè)到的行星際磁雲(yún)

第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三行星際震波(InterplanetaryShockWave)行星際震波是由超音速的太陽風(fēng)推擠其上游較慢速的太陽風(fēng)所造成的不連續(xù)面結(jié)構(gòu)，這種波動(dòng)上游流入波速是超音速(馬赫數(shù)大於1)，下游流出速率小於音速(馬赫數(shù)小於1)。電漿流的密度、速度、溫度與行星際磁場(chǎng)在穿越震波面時(shí)會(huì)有劇烈的變化。若不連續(xù)面無電漿流穿過或沒有耗散的加熱過程發(fā)生，則該不連續(xù)面只是一般的不連續(xù)界面而非震波面。第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三2000年2月由ACE衛(wèi)星在L1點(diǎn)所觀測(cè)到的行星際震波事件，圖中太陽風(fēng)的速度由330km/s跳升至450km/s上游震波面下游第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三1998年9月ACE衛(wèi)星觀測(cè)到的行星際震波事件，圖中的磁場(chǎng)分量與總量都有顯著的變化震波面下游上游第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三又稱太陽射電爆發(fā)。太陽無線電波的一種急劇變化的過程，發(fā)生在與活動(dòng)區(qū)有關(guān)的日球面局部區(qū)域。與寧靜太陽整個(gè)表面的輻射相比，爆發(fā)時(shí)的輻射流量可以從百分之幾到幾十萬倍以上，輻射增強(qiáng)的特徵時(shí)間從1秒[如微波脈衝爆發(fā)和米波Ⅲ型爆發(fā)]到數(shù)日之久[如米波噪爆]。

無線電波爆(RadioBurst)第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三

太陽射電爆發(fā)是1942年發(fā)現(xiàn)的。按爆發(fā)的頻段分為微波爆發(fā)、分米波爆發(fā)、米波爆發(fā)[包括十米波爆發(fā)]。根據(jù)射電輻射在太陽大氣中的傳播特性，可以確定各頻段的射電爆發(fā)來自太陽大氣的不同高度：微波爆發(fā)來自色球日冕過渡層，與閃焰發(fā)生區(qū)域相銜接米波爆發(fā)則來自日冕層，輻射特徵複雜多樣。無線電波爆(RadioBurst)第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三無線電波爆(RadioBurst)太陽射電爆發(fā)的分類如下:TypeI

Short,narrowbandeventsthatusuallyoccuringreatnumberstogetherwithabroaderbandcontinuum.Maylastforhoursordays.TypeII

Slowdriftfromhightolowfrequencies.Oftenshowfundamentalandsecondharmonicfrequencystructure.TypeIII

Rapidlydriftfromhightolowfrequencies.Mayexhibitharmonics.Oftenaccompanytheflashphaseoflargeflares.TypeIV

Flare-relatedbroad-bandcontinua.TypeV

Broad-bandcontinuawhichmayappearwithIIIbursts.Last1to2minutes,withdurationincreasingasfrequencydecreases.第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三(solarradiobursts的分類)第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三

AtypeIIIradioburstappearsasaverticalfrequency-driftingsignatureontheradiodynamicspectrum.Thehighfrequencyradioemission(near940kHz)originatefromaradiosourcenearthesun(about0.1AU);thelowfrequencyradioemission(near30kHz)isobservedwhentheexciterelectronscausetheradioemissionfarfromthesun(about1AU).第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三X射線爆(X-rayBurst)X-rayandultravioletlightgivenoffbysolarflaresarrivesattheEarth.Thesetypesoflightareresponsiblefortheformationoftheionosphereundernormalcircumstances.Butnowtheintensitiesofthesetypesoflighthaveincreaseddramatically.Alloverthedaysidehemisphere,theionosphereisincreasedindensityparticularlyatlowaltitudesintheDandEregions.Thisiscalledasuddenionosphericdisturbance(SID)andlastsusuallyforbetween10and60minutes.Shortwaveradiosignalsexperienceincreasedabsorptionwhenionizationisproducedattheselowaltitudes.Lossofsignalatthistimeiscalledashortwavefadeout.第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三太陽高能粒子(EnergeticSolarparticles)Solarprotonsareacceleratedtoveryhighvelocitiesintheexplosivereleaseofenergyassociatedwithasolarflare.Theseparticlesfirstmaketheirwayoutofthecorona.ThentheycannottakeastraightlinepathtotheEarthbutmusttravelalongtheSun'sextendedmagneticfieldlines(calledtheinterplanetarymagneticfieldorIMF).Thesefieldlineshaveastructureresemblingthespiraltracedoutbyaspinninglawnsprinkler,whichisreferredtoasaParkerspiral.第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三(太陽質(zhì)子事件的發(fā)生頻率與太陽活動(dòng)性有密切相關(guān))第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三日冕洞高速流(CoronalHoleHighSpeed

PlasmaFlow)在太陽X射線影像中的暗區(qū)域?yàn)槿彰岫?，其不同於周圍區(qū)域的是日冕洞磁場(chǎng)往外延伸至行星際介質(zhì)，這些開放磁場(chǎng)會(huì)使太陽風(fēng)電漿自由往外流入行星際空間。而周圍區(qū)域的磁場(chǎng)則由兩個(gè)足點(diǎn)以拱形方式連結(jié)至太陽表面，這些封閉磁場(chǎng)會(huì)阻止電漿往外流動(dòng)。第二十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三Polarcoronalholesalmostalwaysexist.However,thefaststreamsthatareassociat